平成29年度

除雪機械操作における安全確認作業支援装置の開発
国立研究開発法人 土木研究所 寒地土木研究所 寒地機械技術チーム○村上 和也
高本 敏志
新保 貴広

除雪作業の実施は、運転手と助手の2名乗車を基本としているが、一部の機種では2人乗り運転室の製造中止により、運転手単独での除雪作業となっている。今後、運転手単独による除雪作業に対応するためには、助手が担っている安全確認作業等を代替し、運転手の負担軽減に寄与する技術が必要である。そのため、除雪作業に支障となる道路附属物や要注意箇所等の位置情報を予め登録することにより、作業時に注意喚起を行う作業支援装置を試作し、検証試験を行った。
キーワード：除雪、安全確認作業、ガイダンス

1. はじめにD-GPS（デファレンシャル方式）を基本とした。

(2) 機能除雪作業の実施は、作業の安全性確保を目的に、運転支援装置が有する各機能の概要について、機能一覧を手と助手の2名乗車を基本としているが、一部の機種で表-1、表示画面イメージを図-1及び図-2に示す。
は2人乗り運転室の製造中止により、運転手単独での除なお、本支援装置の機能開発にあたっては、開発期間雪作業となっている。
短縮及び費用低減を目的に、市場に現存するガイダンス
今後、運転手単独での除雪作業に対応するためには、関連ソフトのカスタマイズを基本に構築した。
助手が担っている安全確認作業等を代替し、運転手の負担軽減に寄与する技術が必要である。
表-1 機能一覧
そのため、除雪作業時に支障となるマンホール蓋などの道路附属物や、投雪禁止区間などの要注意箇所等の位
機能概要
置情報を予め登録することにより、作業中の運転手に注○GNSSで 取 得 し た リア ルタ イム 自車 位置意喚起を行う機能を有する安全確認作業支援装置（以下、 対象物
情 報 と 、 予 め 登 録 した ガイ ダン ス対 象物
表示機能の 緯 度 経 度 か ら 、 自車 とガ イダ ンス 対象支援装置）を試作し、検証試験を行った。

2. 支援装置の開発(1) 概要
基本機能は、過年度に実施した安全確認行動調査1)の結果、注意割合が高い傾向であったマンホール蓋、橋梁ジョイント部などの道路附属物（以下、ガイダンス対象物）が接近した場合に、画面による接近表示や音、光、振動、画面点滅により注意喚起を行うものとした。
なお、道路附属物同様、注意割合が高い傾向の後続車や追い越し車両については、既に1人乗り除雪グレーダの安全対策として、後方確認用カメラ及びモニタ、除雪梯団内や伴走車と双方向同時通信ができる通信装置の標準装備がなされている2)ことから、本開発では対象外とした。
また、自車位置の把握やガイダンス対象物の警告に利用するGNSSは、測位精度や機器費用等を勘案した結果、Kazuya Murakami, Satoshi Takamoto, Takahiro shimbo

物の位置関係を表示○ ガ イ ダ ン ス 対 象 物と 自車 位置 の距 離が*1200ｍ 以 内 に な っ た 場 合 、 音 ・ 光 ・ 振動・画面点滅で警告を実施
音：車載デバイスのスピーカで、距離毎に異なる音を発音
光：外部デバイス（LEDライト）で、距離毎に異なる光量を発光
振動：外部デバイス（振動ボール）
で、距離毎に異なる振動を発振
画面点滅：車載デバイス画面で、距離毎に異なる色を点滅○ガ イダ ンス 対象 物と 自車 位置 が200ｍ 以
内 に な っ た 場 合 、 画面 上に ガイ ダン ス対象物の種類と相対距離を表示○ 複 数 の ガ イ ダ ン ス対 象物 が存 在す る場
合は、対象物毎に種類と相対距離を表示○自車位置と道路外側線を表示*1 200ｍ以内は、200ｍ･100ｍ･50ｍ･0m(登録地点)を示す。

対象物
登録・削除
機能

○ ガ イ ダ ン ス 対 象 物の 位置 、種 別、 警告の有無等を専用ツールで登録表示等
設定機能○ ガ イ ダ ン ス 対 象 物の 表示 、警 告レ ベルの設定等を設定ファイルで行う

その他○対象区間の路線図を専用ツールで登録

FZ-G1用車載マウンター（アンテナ端子、電源端子含む）
外部デバイスコントローラ（LEDライト、振動ボール用）

地図表示機能 ○現在位置を電子国土に表示

3. 支援装置の有効性検証

図-1 表示画面イメージ（通常時）(1) 概要支援装置の有効性を検証するため、寒地土木研究所苫小牧寒地試験道路において、被験者による警告方法の主観評価試験を行った。
評価方法は、支援装置（図-3）を搭載した試験車両（図-4）を被験者が運転し、試験道路内に設置したガイ
ダンス対象物登録地点に接近した際に発する各種警告（音・光・振動・画面点滅）の認知程度について、アンケート調査を行った。また、ガイダンス対象物登録地点及び事前警告地点を通過した際の位置精度についても検証した。
・試験日：平成29年2月7日～2月8日（2日間）
・被験者：寒地土木研究所研究員（各日10人）
・試験車両：スバル・フォレスター（2台）

図-2 表示画面イメージ（警告時）(3) 機器仕様
支援装置本体の選定は、過年度に実施した除雪車運転
室内の環境調査結果3)を参考に、市場で容易に調達可能かつ、冬期の除雪車運転室内の環境に対応できるものとして、表-2に示すタブレット型のPCを選定した。
表-2 機器仕様
項目

性能等

OS

Panasonic社製
TOUGHPAD FZ-G1R3010VJ
Windows10 Pro（64bit）

CPUIntel Corei5-6300U 2.4GHz

機器本体

ディスプレイ 10.1型（1920 x 1200）、タッチパネル
ストレージ

SSD128GB

メモリ

4GB

バッテリー
駆動時間

約10時間

動作性能等

防塵・防滴：IP65準拠

図-3 支援装置搭載状況

動作温度：-10～50℃
耐振動：MIL-STD-810G準拠
GNSS

3G/LTE

耐落下： 120cm（非作動時）
測位方式:D-GPS及び単独
VRS-GNSS演算ユニット内臓
GPS,GLONASS,準天頂衛星対応有り

Kazuya Murakami, Satoshi Takamoto, Takahiro shimbo

図-4 試験車両

(2) ガイダンス対象物登録地点
本試験では、試験道路内に5箇所のガイダンス対象物登録地点を設置した。設置箇所は、直線区間内に3箇所（地点①、②、④）、曲線区間内に1箇所（地点③）、直角区間内に1箇所（地点⑤）とし、各登録地点の座標はVRS-RTK方式を用いた5分間の定点測位結果を真値とした。登録地点配置図を図-5に示す。

a) 速度試験区間への進入前に予め設定した速度まで加速し、試験区間を抜けるまでの間、車両の速度計を参考に一定の速度を保ち走行した。
b) 警告
各警告は200m地点より開始し、以降100m、50mと警告強度を上げ、0m（ガイダンス対象物登録地点）到達時には連続的な警告となるものとした。警告間隔のイメー
ジを図-7に示す。
警告間隔

警告地点

警告強度

200m

余裕のある警告間隔

100m
50m
0m

連続した警告間隔

図-5 登録地点配置図

図-7 警告間隔のイメージ(4) 主観評価(3) 試験条件
各ガイダンス対象物登録地点及び事前警告地点での警試験道路内に設置した区間1から区間5の試験区間（図-5）を、それぞれ設定した速度（10km/h･20km/h･30km/h） 告方法について、認知程度の主観評価を行った。各地点における警告方法（単独及び組み合わせ・表-3）は、先で走行した（図-6）。なお、試験回数は、警告方法及び入観を排除するため事前周知をせずに行った。
速度条件が違う検証パターン（表-3）毎に、各日10回、評価は試験走行毎に、図-8に示す5段階評価のアンケ延べ20回とした。
ートにより行い、併せて待機中の被験者へのヒアリング調査も行った。
検証パターン1
警告⽅法

⾞両A:10km/h、⾞両B:10km/h
わかりやすい5

⾞両A

⇔

普通⇔

わかりにくい4

3

2

1

コメント

⾳
光振動点滅

図-6 試験状況（試験区間4・20km/h）

図-8 警告方法の認知程度アンケート表
表-3 検証パターン
検証ﾊﾟﾀｰﾝ

1234地点警告方法（単独及び組み合わせ）123412341234145音
光振動点滅音
音
音
光
光振動音
音
音
光音

光
振動
点滅
振動
点滅
点滅
光
光振動
振動
光振動
点滅
点滅
点滅
振動

点滅

試験日／設定速度(km/h)
2/72/8102030102030

○
10回

-

-

○
10回

-

-

-

○
10回

-

-

○
10回

-

-

○
10回

-

-

-

○
10回

-

-

○
10回

-

-

○
10回

(5) 位置精度
主観評価試験と並行し、ガイダンス対象物登録地点及び事前警告地点通過時の位置精度を検証した。
検証は、試験車両室内から支援装置及びガイダンス対象物登録地点に設置した目印（セフティコーン＋赤白ポール）を撮影できる位置にビデオを設置（図-9）し、車両左側サイドウィンドウの前方部（三角窓）に目印が確認できた時刻を記録（図-10）した。
記録した時刻に符合する緯度･経度情報を支援装置のログデータ（NMEA形式）から取得し、事前に定点測位したガイダンス対象物の緯度･経度との距離がどの程度離れているかを求めた。

Kazuya Murakami, Satoshi Takamoto, Takahiro shimboなお、曲線区間3と直角区間5については、被験者により走行位置が安定しないため検証から除外した。
a) GNSS測位方式支援装置で利用する測位方式は、D-GPS（デファレンシャル方式）を基本としているが、ガイダンス精度の比較を行うため、より測位精度の高いVRS-RTK（バーチャルレファレンシャルステーション方式）を用いた検証も行った。

評価が高かった（わかりやすい・ややわかりやすい）
警告方法は音が一番多く、次いで振動となった。また、警告方法を組み合わせた場合でも、音を含むものが高い評価となった。
評価が低い（わかりにくい・ややわかりにくい）結果となった警告方法は光であった。要因として考えられる
ことは、試験が日中であったため、光源が目立たない状況であったこと、眩しさによる危険を回避するためにLEDライトの照射方向が、被験者への直接照射とならない方向としたことなどが推測される。
表-4 5段階評価の集計結果（点数）
認知程度
警告方法

配点音

図-9 ビデオ設置状況

光振動 (対象18 件)
点滅
音･光音･振動音･点滅
光･振動
光･点滅
振動･点滅
音･光･振動音･光･点滅音･振動･点滅
光･振動･点滅

図-10 通過時刻記録状況

4. 検証試験結果(1) 主観評価の結果
被験者へのアンケートによる5段階評価を単純集計し、認知程度を確認した結果を図-11、表-4に示す。

音･光･振動･点滅

やや
わかり
わかり
やすい
やすい

5700200405030
51055040501055

4124122428
162488362832362028

普通

やや
わかり
にくい

わかりにくい

39018159921211521
96327
32012816462121660406210131100043000010

合計

平均

対象20件

912959568181775052688782896488

4.6
1.5
3.3
2.8
4.1
4.1
3.9
2.5
2.6
3.4
4.4
4.1
4.5
3.2
4.4

今回の試験で評価した警告方法の認知程度結果から、その特徴と課題を把握した結果を表-5に示す。課題についてはアンケートに記入された自由意見のほか、待機時間に実施したヒアリングから整理した。
表-5 警告方法の特徴と課題
警告方法

特徴／課題
◇視認行動等が不要
特徴◇直接的に運転手に伝達

音◇視認行動等が場合により不要（夜間有効）◇直接的に運転手に伝達

Kazuya Murakami, Satoshi Takamoto, Takahiro shimbo

中・除雪作業中の各種振動が混在する中で、気付き程度の課題 検証が必要
・デバイスの装着箇所について検証が必要
特徴◇視認行動等が必要◇運転手の確認行動による伝達

課題

・昼間の警告には不向き（色の種類による）・夜間の気付き程度の検証が必要
・点滅方法や色について検証が必要
・アイコン等による有効性について検証が必要

点滅

図-11 5段階評価の集計結果（件数）低・昼間の警告には不向き（色の種類による）課題 ・夜間の気付き程度の検証が必要
・発光方法や色について検証が必要
特徴 ◇体感によって運転手に伝達

振動

高・除雪作業中の各種騒音が混在する中で、気付き程度の課題 検証が必要
・音の種類について検証が必要（音声案内も検討）
特徴

光評価

中

(2) 位置精度の結果
利用予定の測位方式（D-GPS方式）における地点間距
ガイダンス対象物登録地点及び事前警告地点通過時に離平均の各地点との差は最大2.593mであるが、ガイダン取得した時刻と、その時刻に支援装置で取得した緯度経
ス対象物の事前警告は200m前からであることから、実度座標から、各地点通過時の緯度経度座標（以下、通過用に支障がない測位精度であると考える。
時座標）を確認した。確認した通過時座標と事前測位し表-7 地点間距離平均た登録地点座標（以下、登録地点座標）との距離を算出した結果を表-6、相対位置の比較結果を図-12に示す。
参考
平均(m)対象物から測位方式a) 計測座標の補正の距離各地点との差分散
標準偏差
本試験で利用したVRS-RTK方式は、支援装置での演
4.384
2.094
201.632
D-GPS
算処理に約0.5秒を要する。そのため、登録地点座標と〔1.632〕200mの距離を算出する際は、0.5秒後の通過時座標を用いた。
1.135
1.065
199.395
VRS-RTK〔-0.605〕（例：登録地点通過時の時刻が14:42:18.50の場合、0.5秒
4.887
2.211
101.977
後の14:42:19.00に最も近い時刻の通過時座標を使用しD-GPS〔1.977〕
た。）
100m
1.000
1.000
99.757VRS-RTK〔-0.243〕
表-6 通過時座標と登録地点座標の距離算出結果
4.962
2.238
52.593
D-GPS（登録地点①、検証パターン1抜粋）〔2.593〕
50m
1.071
1.035
50.429
登録地点①VRS-RTK
試験０ｍ地点NoGPS-〔0.429〕速度(km/h)

計測時刻のX座標

計測時刻のY座標

事前測位との距離(m)

事前測位のX座標

事前測位のY座標

1-1

VRS

10-147768.5987-38906.15056-0.909 -147768.2243-38906.9791

1-2VRS

10-147768.8401-38906.01726-1.142 -147768.2243-38906.9791

1-3VRS

10-147768.8228-38906.99306

0.599 -147768.2243-38906.9791

1-4VRS

10-147768.6860-38906.85116-0.479 -147768.2243-38906.9791

1-5VRS

10-147768.5939-38906.74066-0.440 -147768.2243-38906.9791

1-6 D-GPS

10-147768.3553-38903.47706-3.504 -147768.2243-38906.9791

1-7 D-GPS

10-147767.7274-38906.49286-0.695 -147768.2243-38906.9791

1-8 D-GPS

10-147769.6637-38901.25746-5.900 -147768.2243-38906.9791

1-9 D-GPS

10-147768.5017-38907.07096

0.292 -147768.2243-38906.9791

1-10 D-GPS10-147768.2578-38907.64346

0.665 -147768.2243-38906.9791

D-GPS0m
VRS-RTK

1.954

5.457-0.399〔-0.399〕

2.336-〔1.954〕1.046

1.023-

注）対象区間は直線部（①･②･④）のみ

図-13 正規分布グラフ
図-12 相対位置の比較（測位方式別、登録地点①抜粋）

5. まとめ警告方法の主観評価試験を行った結果、音単独若しくは音との組み合わせによる方法の認知程度が高かった。
通過時座標と登録地点座標の距離算出結果から、地点
ただし、認知程度が低かった光や点滅の警告方法につい間距離の平均（表-7）と正規分布（図-13）を確認した。ては、夜間における認知程度の検証も必要と考える。
各地点共にVRS-RTK方式の方が平均距離が少なく安
位置精度の検証では、比較検証用に用いたVRS-RTK定した結果となったが、利用予定であるD-GPS方式の地方式の精度が高いが、測位結果の演算に時間を要するこ
点間距離平均もVRS-RTK方式と比較して約2.2m程度の差と、利用にあたっては有償の補正データの入手が必要なであり、全体的に極端な差は見られなかった。
どの課題がある。
また、正規分布グラフからは、地点間距離平均が進行
利用予定のD-GPS方式については、VRS-RTK方式と比方向に対して、VRS-RTK方式は登録地点座標より奥側、D-GPS方式では手前側となる傾向を確認した。
較すると精度は劣るものの、利用にあたり特別な補正デKazuya Murakami, Satoshi Takamoto, Takahiro shimbo

ータやGNSS受信機の必要はなく、地点間距離平均等の参考文献結果からも支援装置として実用可能といえる結果である。 1)村上和也、高本敏志、三浦豪： 除雪グレーダ操作における安全確認行動調査について、第60回（平成28年度）北海道開発
ただし、今回の試験場所は衛星の測位環境が良好な地点技術研究発表会であったため、都市部や山間部等での精度検証が必要で
2)石道国弘、林朋幸、五十嵐匡：新型1人乗り除雪グレーダのある。
導入について、第60回（平成28年度）北海道開発技術研究発表

6. おわりに今後、ガイダンス精度の向上に向けた機能改良などを実施するとともに、支援装置を除雪車両に搭載し、装置の有用性や警告方法の認知程度について、更なる検証を行いたい。

会3)小宮山一重、高本敏志、佐藤信吾：スマートデバイスの搭載に向けた除雪車運転室内の環境調査、第59回（平成27年度）北海道開発技術研究発表会

Kazuya Murakami, Satoshi Takamoto, Takahiro shimbo